Zonne-energie

Zonnepanelen op alle daken, maar wat doen we ermee als ze op zijn?

Zonnepanelen zijn minder duurzaam dan ze lijken: ze zijn moeilijk te recyclen en bevatten schadelijke stoffen. Wetenschappers bedenken alternatieven, maar krijgen de industrie moeilijk mee.

Maartje Bakker
In het TNO Solar Lab Petten wordt een zonnepaneel in elkaar gezet.  Beeld Simon Lenskens
In het TNO Solar Lab Petten wordt een zonnepaneel in elkaar gezet.Beeld Simon Lenskens

Nadat hij zijn blauwe labhandschoenen heeft aangetrokken, bouwt Martijn Ronchetti laag voor laag een zonnepaneel op. Eerst een achterkant van polyolefine, een brand- en weerbestendig polymeer. Dan een laag koper, om de zonne-energie straks weg te leiden.

Een velletje met lijmfolie, met als speciale eigenschap dat het in de toekomst ook weer kan worden losgehaald en waarvan de samenstelling vooralsnog geheim is. Vervolgens de zonnecellen zelf, die gemaakt zijn van silicium en zilver en er van dichtbij uitzien als een donkerblauwe hemel met ingetekende sterrenbeelden. Weer die lijmfolie. En ten slotte een glasplaat die sterk genoeg moet zijn om dertig jaar lang hagelbuien, regen, hitte en vrieskou te doorstaan.

Even later zijn alle delen versmolten tot één geheel: een splinternieuw zonnepaneel. Het bijzondere van deze ‘module’, zoals de onderzoekers op dit lab van TNO de zonnepanelen noemen, is dat alle onderdelen ook weer van elkaar te halen zijn. Dat maakt het gemakkelijk te recyclen, als het ooit aan het einde van zijn levensduur komt.

Het is een groot verschil met de zonnepanelen die op dit moment op daken en in weilanden verschijnen. Daarvan zijn de lagen zo stevig verlijmd dat het haast onmogelijk is alle materialen weer van elkaar te halen. Het gevolg is dat zonnepanelen die er nu de brui aan geven in de shredder verdwijnen en daarna veelal een bestemming vinden als bodemverharder onder wegen. Ook schadelijke stoffen als lood en pfas (poly- en perfluoralkylstoffen) komen zo in het milieu terecht.

‘Dat wordt zeer zeker een probleem’, zegt TNO-onderzoeker Martin Späth. De afvalberg van zonnepanelen zal immers snel groeien. Om een idee te geven: in 2020 maakten zonnepanelen ongeveer eenderde uit van alle elektrische en elektronische apparaten die in Nederland op de markt kwamen.

Späth pakt er een lijstje met getallen bij. In 2020 werd in Nederland 124 ton aan zonnepanelen afgedankt, in 2030 naar verwachting 50 duizend ton, in 2050 maar liefst 400 duizend ton. De hele wereld kent tegen die tijd een afvalberg van 10 miljard zonnepanelen, met een totaalgewicht van 60 miljoen ton – tien keer de piramide van Gizeh.

De montage van een zonnepaneel in TNO Solar Lab Petten.  Beeld Simon Lenskens
De montage van een zonnepaneel in TNO Solar Lab Petten.Beeld Simon Lenskens

Het roept de vraag op: zijn zonnepanelen eigenlijk wel zo duurzaam? Wat moeten we aan met al dat afval? En als we dan toch naar de levenscyclus van een zonnepaneel kijken: hoe duurzaam is de productie? Staat de energie die het kost om een zonnepaneel te maken wel in verhouding tot de opbrengsten?

Silicium

Atse Louwen, een Nederlandse wetenschapper die is gespecialiseerd in de levenscyclus van zonnepanelen, begint bij het begin. Hij beschrijft hoe het maken van een zonnecel in zijn werk gaat – eentje met silicium, het type dat verreweg het meeste wordt verkocht.

Eerst moet er zuiver silicium worden gewonnen uit kwartszand, vervolgens wordt dat gekristalliseerd: processen waarvoor respectievelijk veel warmte-energie en elektrische energie nodig is. Dan wordt het silicium in dunne plakjes gesneden, en gaat het naar de fabriek waar een positieve en een negatieve pool wordt aangebracht. Silicium heeft de eigenschap dat er een elektron vrijkomt als er een foton (lichtdeeltje) op landt. De bedoeling is dat die elektronen allemaal dezelfde kant op worden gestuurd, zodat er een elektrische stroom ontstaat.

Het is een productieproces dat vrij veel energie vergt. En toch hebben alle zonnepanelen bij elkaar veel meer energie opgeleverd dan de productie heeft gekost, berekende Louwen. ‘De industrie als geheel heeft in 2011 al een kantelpunt bereikt, zowel voor energie als broeikasgassen’, vertelt de onderzoeker.

Ook voor Nederland ziet de balans er gunstig uit. Louwen wijst op een recente studie van een vakgenoot, die uitrekende dat een zonnepaneel hier binnen 1,5 jaar netto-energie oplevert. ‘En in Zuid-Europa is die termijn zelfs een jaar. Als je bedenkt dat een zonnepaneel zo’n dertig jaar meegaat, levert ieder paneel dus vijftien tot dertig keer zo veel energie op als het kost.’

Daar zit het probleem dus niet. Wel aan het einde van de levenscyclus. ‘Zonnepanelen worden op zo’n manier gemaakt dat ze zo lang mogelijk allerlei weersinvloeden kunnen doorstaan’, zegt Louwen. ‘Alles is heel stevig aan elkaar geplakt. Dat maakt het lastig om ze weer uit elkaar te halen.’

Dat weten ze ook bij Stichting Open, die namens de leveranciers in Nederland verantwoordelijk is voor het inzamelen en verwerken van afgedankte zonnepanelen. ‘Ze worden nu heel basaal verwerkt’, zegt Jan Vlak, directeur van Stichting Open. ‘Eerst wordt de kabel eraf geknipt, zodat het koper kan worden hergebruikt. De omvormer en connector gaan eraf. Een machine drukt het paneel uit het aluminium frame, ook dat wordt gerecycled. De rest gaat dan in de shredder. Het wordt vermalen tot heel kleine deeltjes, een soort fijn grind.’

Vervolgens krijgt het zonnepanelengruis verschillende bestemmingen: het dient eerst als schuurmiddel in smeltovens voor metaal, daarna worden de slakken die overblijven in de wegenbouw gebruikt, als bodemverharder. ‘Tot nu toe raken we op deze manier alles kwijt’, zegt Vlak. ‘Ik erken meteen: dit zijn laagwaardige toepassingen.’

Maakt hij zich er geen zorgen over dat er op deze manier lood en pfas in het milieu belanden? ‘Nee, voor mij is het nieuw dat er lood in zou zitten’, zegt Vlak. ‘En de slakken worden getest op het uitlogen van materialen voordat ze worden toegepast als wegverharder.’

Een nuttige toepassing als wegverharder? TNO-onderzoeker Martin Späth ziet dat anders. ‘Het afval van zonnepanelen wordt gewoon gedumpt’, zegt hij. En zeker, er zit lood in de zonnepanelen van nu – terwijl voor andere elektrische apparaten in de EU een strikte maximumhoeveelheid geldt, zijn zonnepanelen van die richtlijn uitgezonderd. Späth: ‘In veel van de huidige zonnepanelen is gesoldeerd met lood. Zolang ze vershredderd worden, komt dat terecht in het milieu.’

TNO-onderzoeker Martin Späth. Beeld Simon Lenskens
TNO-onderzoeker Martin Späth.Beeld Simon Lenskens

Atse Louwen, de onderzoeker van de levenscyclus van zonnepanelen, plaatst een relativering. ‘Helaas is geen enkele technologie helemaal groen. Bij de verbranding van kolen komen er sowieso nog meer zware metalen vrij’, zegt hij. ‘Die gaan direct de atmosfeer in.’

Toch is duidelijk dat het in de toekomst anders moet – daarover zijn alle betrokkenen het eens. ‘Dit kan op den duur niet meer zo’, zegt Späth. ‘Als de hoeveelheid afval toeneemt, is het niet meer te verantwoorden dat die schadelijke stoffen in het milieu terechtkomen. We krijgen nog een gigantische hoeveelheid panelen te verwerken die lood bevatten.’

Er moeten dus twee dingen gebeuren: het is nodig betere manieren te verzinnen om de huidige zonnepanelen te verwerken, en er moeten beter recyclebare panelen op de markt komen.

Zware metalen

Ook volgens Stichting Open is het ‘essentieel’ om grondstoffen uit zonnepanelen terug te winnen, niet in de laatste plaats om Nederland en Europa minder afhankelijk te maken van de rest van de wereld. De stichting gaf Martin Späth opdracht op een rij te zetten wat er mogelijk is om glas, silicium, zilver, aluminium en lood terug te winnen.

De eerste stap is om het glas, in gewicht de belangrijkste component, te scheiden van de zonnecellen zelf. ‘Dat kan door middel van pyrolyse, een verbrandingsproces zonder zuurstof’, zegt Späth. ‘Op die manier verdwijnt de hechtfolie van ethyleenvinylacetaat (EVA), die anders overal aan blijft plakken.’

Vervolgens is het de kunst om het silicium te scheiden van de metalen. Späth: ‘Het wordt steeds aantrekkelijker om dat te doen. De EU wil energiekosten gaan doorberekenen in de invoerprijs, en het kost veel energie om zuiver silicium te maken. Dat betekent dat het steeds rendabeler wordt om silicium te recyclen.’

Zelf werkt Späth aan een techniek waarbij zilver en silicium uit elkaar worden gehaald. ‘Het wordt moeilijker om zilver uit mijnen te halen en er is een enorme vraag naar zilver’, weet hij. ‘Er komt dus een tijd dat we zilver echt niet meer gaan weggooien.’ Recyclen zal bovendien voordeliger worden naarmate het volume aan afgedankte zonnepanelen toeneemt.

De conclusie van Späth is dus: het probleem is oplosbaar. ‘Het gaat puur om de kosten, want al deze technologieën blijven natuurlijk veel duurder dan de shredder.’

Veelzeggend is dat de ‘verwijderingsbijdrage’ die leveranciers betalen slechts 13 cent per paneel bedraagt. In de Tweede Kamer stelden CDA, D66 en GroenLinks hier al vragen over. ‘De financiering van een hoogwaardige verwerking van vrijkomende afgedankte zonnepanelen in de toekomst is niet op orde’, gaf staatssecretaris Heijnen (Infrastructuur, CDA) in reactie daarop toe. Ze maakte geen aanstalten dit op te lossen, maar legde de verantwoordelijkheid bij Stichting Open.

Ondertussen werken Martin Späth en zijn collega’s van TNO stug door aan het zonnepaneel van de toekomst, dat in zijn ontwerp al circulair is – met grondstoffen die steeds opnieuw kunnen worden gebruikt.

‘Ik denk dat het erop uitdraait dat de onderdelen van een zonnepaneel één voor één worden vervangen’, overweegt Späth. ‘Geen revolutionaire verandering, maar een evolutionaire.’

Zo wordt bij een klein deel van de zonnepanelen al geen soldeer met lood meer gebruikt, maar elektrisch geleidende lijm. Voor de achterkant is een alternatief beschikbaar zonder pfas, gemaakt uit onder meer polyolefine. Op dit moment wordt het gebruikt in een op de vijf nieuwe zonnepanelen.

De verschillende lagen kunnen aan elkaar worden geplakt met de ‘loslatende’ hechtfolie die nu al in het lab van TNO wordt gebruikt. Die zal alleen pas over vier of vijf jaar op de markt komen, verwacht Späth. Tegen die tijd kan de glasplaat moeiteloos van het paneel worden gelicht om haar in een nieuwe ronde te gebruiken, evenals de zonnecellen.

Voordat het zover is, moeten er nog allerlei certificaten worden verdiend: voor brandveiligheid en levensduur. TNO voert de bijbehorende tests uit. In speciale kamers worden de zonnepanelen van de toekomst blootgesteld aan klimaatextremen. Het paneel wordt heen en weer gesleurd van een temperatuur van 40 graden onder naar 85 graden boven nul, of verblijft duizenden uren in een omgeving van 85 graden en een luchtvochtigheid van 85 procent.

‘Ook de nieuwe hechtfolie doorstaat dat soort weersextremen goed’, zegt operator Martijn Ronchetti, terwijl hij een paneel zonder barsten toont. ‘Het rendement neemt niet af.’

Onderzoek van zonnepanelen in TNO Solar Lab Petten.  Beeld Simon Lenskens
Onderzoek van zonnepanelen in TNO Solar Lab Petten.Beeld Simon Lenskens

Späth zucht. ‘Een duurzaam zonnepaneel: het kán en het hoeft niet eens duurder te zijn. De industrie is alleen ontzettend conservatief. De fabrikanten in China zijn niet geneigd risico te nemen: ze hebben nu materialen die bewezen dertig jaar meegaan. Het is heel moeilijk tegen een traditie op te boksen. Maar als China overtuigd of genoodzaakt werd, dan zou het heel snel gaan.’

Meer over